JPH1012951A - Optical amplifier - Google Patents

Optical amplifier

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JPH1012951A
JPH1012951A JP8157146A JP15714696A JPH1012951A JP H1012951 A JPH1012951 A JP H1012951A JP 8157146 A JP8157146 A JP 8157146A JP 15714696 A JP15714696 A JP 15714696A JP H1012951 A JPH1012951 A JP H1012951A
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JP
Japan
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optical
wavelength
signal light
light
output
Prior art date
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Pending
Application number
JP8157146A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koushi Fukutoku
光師 福徳
Kazuhiro Oda
一弘 織田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH1012951A publication Critical patent/JPH1012951A/en
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/094003Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light the pumped medium being a fibre

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a constant gain of a signal light of each wavelength by carrying out weighting with an attenuation factor having predetermined wavelength dependence so as to monitor the power of a wavelength multiplexing signal light, and controlling the excitation light power in response to an output. SOLUTION: A wavelength multiplexing signal light inputted from an input terminal 1 is inputted via an optical coupler 3 and an optical isolator 4-1 to a multiplexer 5. The multiplexer 5 multiplexes an excitation light outputted from an excitation light source 6 and the multiplexing wavelength signal, and inputs the multiplexed light and signal to a rare earth-added fiber 1. An output light of the rare earth-doped fiber 7 is outputted from an output terminal 2 via an optical isolator 4-2. A light partly branched by the optical coupler 3 is inputted to an optical weighting circuit 11. The optical weighting circuit 11 provides the input signal light with an attenuation quantity which is in inverse proportion to the gain of the rare earth-doped fiber 7. The excitation light source 6 is controlled via a control circuit 12 and a light-receiving circuit 8 so that a pre-set excitation power is obtained with respect to the full power of the weighted wavelength multiplexing signal light.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、波長の異なる複数
の光信号を多重して伝送する光ファイバ伝送路と、その
損失を補償する光増幅器とを交互に多段に接続して構成
される光増幅中継波長多重通信システムに用いられる光
増幅器に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical fiber comprising a plurality of optical fiber transmission lines for multiplexing and transmitting a plurality of optical signals having different wavelengths and an optical amplifier for compensating the loss thereof, which are alternately connected in multiple stages. The present invention relates to an optical amplifier used in an amplification relay wavelength division multiplex communication system.

【0002】[0002]

【従来の技術】光増幅中継波長多重通信システムでは、
伝送路である光ファイバおよび光増幅器でそれぞれ次の
ような問題が生じる。光ファイバでは、信号光パワーが
大きくなると、4光波混合や自己位相変調等の非線形現
象が生じて信号の劣化を招く。光増幅器では、入力信号
光パワーが小さくなると、光増幅器で生じる自然放出光
(ASE光)が信号光に対して大きくなり信号の劣化を
招く。
2. Description of the Related Art In an optical amplification repeater wavelength division multiplex communication system,
The following problems occur in the optical fiber and the optical amplifier, which are transmission paths, respectively. In the optical fiber, when the signal light power becomes large, nonlinear phenomena such as four-wave mixing and self-phase modulation occur, which causes signal deterioration. In the optical amplifier, when the input signal light power becomes small, spontaneous emission light (ASE light) generated in the optical amplifier becomes large with respect to the signal light, causing signal degradation.

【0003】このような光増幅中継波長多重通信システ
ムで波長多重信号光を伝送するときに、光増幅器の利得
に波長依存性があると、光増幅器を通過するたびに各波
長の信号光のレベル偏差が蓄積され、複数の光増幅器を
通過した後にはそのレベル偏差が無視できなくなる。そ
れにより、利得の大きい波長では信号光パワーが大きく
なって光ファイバで非線形現象を生じさせ、利得の小さ
い波長では信号光パワーが小さくなって自然放出光の影
響が大きくなり、ともに信号の劣化を大きくする。これ
らの劣化を抑えるには、各光ファイバ伝送路の損失の差
によって生ずる入力信号光パワーのばらつき、光ファイ
バ伝送路の損失の変化、波長多重数の変化に対して出力
信号光パワーを一定にするとともに、光増幅器の利得の
波長依存性(利得偏差)を小さくかつ一定にする必要が
ある。
When transmitting wavelength-division multiplexed signal light in such an optical amplification repeater wavelength division multiplexing communication system, if the gain of the optical amplifier has wavelength dependence, the level of the signal light of each wavelength is increased each time the light passes through the optical amplifier. Deviation is accumulated, and after passing through a plurality of optical amplifiers, the level deviation cannot be ignored. As a result, the signal light power increases at a wavelength with a large gain, causing a non-linear phenomenon in the optical fiber.At a wavelength with a small gain, the signal light power decreases and the effect of spontaneous emission increases, and signal degradation also increases. Enlarge. In order to suppress these deteriorations, the output signal light power must be kept constant with respect to variations in the input signal light power, changes in the loss of the optical fiber transmission lines, and changes in the number of wavelength multiplexes caused by the difference in the loss of each optical fiber transmission line. In addition, it is necessary to make the wavelength dependence (gain deviation) of the gain of the optical amplifier small and constant.

【0004】図12は、従来の光増幅器の構成例を示
す。図において、入力端子1から入力された信号光は、
光カプラ3−1,光アイソレータ4−1を介して合波器
5に入力される。合波器5は、励起光源6から出力され
る励起光と信号光を合波して希土類添加ファイバ7に入
力する。希土類添加ファイバ7の出力光は、光アイソレ
ータ4−2,光カプラ3−2を介して出力端子2から出
力される。光カプラ3−1,3−2でそれぞれ一部分岐
された光は受光回路8−1,8−2に入力され、電気信
号に変換される。この電気信号は、全入力信号光パワー
および全出力信号光パワーに比例した電圧を示す。対数
増幅器9は、受光回路8−1,8−2の出力を入力し、
その対数の差を出力する。制御回路10は、対数増幅器
9の出力が常に一定になるように励起光源6の出力パワ
ーを制御する。
FIG. 12 shows a configuration example of a conventional optical amplifier. In the figure, the signal light input from the input terminal 1 is
The signal is input to the multiplexer 5 via the optical coupler 3-1 and the optical isolator 4-1. The multiplexer 5 multiplexes the pump light and the signal light output from the pump light source 6 and inputs the multiplexed light to the rare earth-doped fiber 7. The output light of the rare earth-doped fiber 7 is output from the output terminal 2 via the optical isolator 4-2 and the optical coupler 3-2. The lights partially branched by the optical couplers 3-1 and 3-2 are input to the light receiving circuits 8-1 and 8-2 and converted into electric signals. This electric signal indicates a voltage proportional to the total input signal light power and the total output signal light power. The logarithmic amplifier 9 inputs the outputs of the light receiving circuits 8-1 and 8-2,
Outputs the logarithmic difference. The control circuit 10 controls the output power of the pump light source 6 so that the output of the logarithmic amplifier 9 is always constant.

【0005】ここで、希土類添加ファイバ増幅器の利得
偏差と利得の関係について説明する。シリカ母材の希土
類添加ファイバ増幅器において、波長λの信号光の対数
利得G(λ)は、波長λでの放出断面積および吸収断面積
をσe(λ) ,σa(λ) 、希土類イオン密度をρ、閉じ込
め係数をΓ、希土類イオンのエネルギー準位におけるレ
ーザ上準位に励起された規格化イオン密度をN2 、その
希土類添加ファイバ長手方向の平均値(以下、平均上準
位イオン密度という)を<N2 >、希土類添加ファイバ
のファイバ長をLとすると、 G(λ)={σe(λ)+σa(λ)}ρΓ<N2>L−σa(λ)ρΓL (1) で表される。
Here, the relationship between the gain deviation and the gain of the rare-earth-doped fiber amplifier will be described. In a silica-based rare earth-doped fiber amplifier, the logarithmic gain G (λ) of signal light of wavelength λ is represented by σ e (λ), σ a (λ), emission cross section and absorption cross section at wavelength λ, and rare earth ions. Where ρ is the density, Γ is the confinement coefficient, N 2 is the normalized ion density excited at the laser upper level in the energy level of the rare earth ion, and its average value in the longitudinal direction of the rare earth-doped fiber (hereinafter referred to as the average upper level ion density). <N 2> a) that, when the fiber length of the rare-earth-doped fiber and L, G (λ) = { σ e (λ) + σ a (λ)} ρΓ <N 2> L-σ a (λ) ρΓL ( It is represented by 1).

【0006】希土類添加ファイバの励起状態を示す平均
上準位イオン密度<N2 >は、入力励起光パワーを
p 、全入力信号光パワーをps とし、希土類添加ファ
イバの入力端を基準にしたときのファイバ長手方向の位
置をzとすると、
[0006] The upper-level ion density <N 2 > indicating the excited state of the rare-earth-doped fiber is represented by the input pump light power p p , the total input signal light power p s, and the input end of the rare-earth doped fiber as a reference. Let z be the position in the fiber longitudinal direction when

【0007】[0007]

【数1】 (Equation 1)

【0008】で表される。式(1) で、σe(λ),σa(λ),
ρ,Γは、光ファイバにより固有に決定される係数なの
で、ファイバ長Lを一定にすると、対数利得G(λ)は平
均上準位イオン密度<N2 >のみによって一意に決定さ
れる。次に、図12の構成におけるの利得の監視および
制御について説明する。
## EQU1 ## In equation (1), σ e (λ), σ a (λ),
Since ρ and Γ are coefficients uniquely determined by the optical fiber, when the fiber length L is fixed, the logarithmic gain G (λ) is uniquely determined only by the upper-level ion density <N 2 >. Next, monitoring and control of gain in the configuration of FIG. 12 will be described.

【0009】波長λi の入力信号光パワーpsiは、波長
多重信号光の全入力信号光パワーps total と各波長の
信号光パワーの偏差ai を用いて psi=ai・ps total (3) と表される。ここで、波長多重信号光の信号数をnとす
ると、
The input signal light power p si of the wavelength λ i is obtained by using the total input signal light power p s total of the wavelength multiplexed signal light and the deviation a i of the signal light power of each wavelength as p si = a i · p s Total (3). Here, assuming that the number of signals of the wavelength multiplexed signal light is n,

【0010】[0010]

【数2】 (Equation 2)

【0011】の関係がある。また、波長多重信号光の全
出力信号光パワーps out は、波長λi の信号光の対数
利得G(λi) を用いて
There is the following relationship. Further, the total output signal light power p s out of the wavelength multiplexed signal light is obtained by using the logarithmic gain G (λ i ) of the signal light having the wavelength λ i.

【0012】[0012]

【数3】 (Equation 3)

【0013】と表される。図12の構成では、全入力信
号光パワーps total および全出力信号光パワーp
s out を受光回路8−1,8−2で監視し、それらの対
数差から利得を求めているので、波長多重信号光に対す
る対数利得Gtotal は、
## EQU1 ## 12, the total input signal light power p s total and the total output signal light power p
Since s out is monitored by the light receiving circuits 8-1 and 8-2 and the gain is obtained from the logarithmic difference between them, the logarithmic gain G total for the wavelength multiplexed signal light is:

【0014】[0014]

【数4】 (Equation 4)

【0015】と表される。波長λi の信号光の対数利得
G (λi ) は、式(1) より平均上準位イオン密度<N2
>のみによって一意に決定される。したがって、光ファ
イバの損失変動のように各波長の信号光パワーの偏差a
i が一定で全入力信号光パワーが変化した場合には、式
(1),(6) より波長多重信号光全体の利得Gtotal も<N
2 >のみによって一意に決定される。逆にGtotal を一
定にすると<N2 >が一定になり、各波長の信号光の対
数利得G(λi) 、すなわち利得偏差も一定になる。
## EQU1 ## From the equation (1), the logarithmic gain G (λ i ) of the signal light having the wavelength λ i is expressed by the upper level ion density <N 2
> Is uniquely determined. Therefore, the deviation a of the signal light power of each wavelength as in the loss fluctuation of the optical fiber.
If i is constant and the total input signal power changes, the equation
From (1) and (6), the gain G total of the entire WDM signal light is also <N
2 > uniquely determined by Conversely, if G total is kept constant, <N 2 > will be kept constant, and the logarithmic gain G (λ i ) of the signal light of each wavelength, that is, the gain deviation will also be kept constant.

【0016】このように、制御回路10では受光回路8
−1,8−2の出力電圧の対数差から波長多重信号光全
体の利得Gtotal を求め、それが一定になるように励起
光源6の励起光パワーを制御する。これにより、全入力
信号光パワーが変化した場合でも、光増幅器の利得およ
び利得偏差を一定に制御することができる。次に、送信
光源の故障等による波長多重信号数が変化した場合につ
いて説明する。
As described above, the control circuit 10 includes the light receiving circuit 8
The gain G total of the entire wavelength multiplexed signal light is obtained from the logarithmic difference between the output voltages −1 and 8-2, and the pump light power of the pump light source 6 is controlled so that the gain G total becomes constant. Thereby, even when the total input signal light power changes, the gain and the gain deviation of the optical amplifier can be controlled to be constant. Next, a case where the number of WDM signals changes due to a failure of the transmission light source or the like will be described.

【0017】波長多重信号光の中で波長λj の信号光源
が故障すると、波長多重信号光全体の利得Gtotal
は、式(6) より
If the signal light source having the wavelength λ j fails in the wavelength division multiplexed signal light, the gain G total 'of the entire wavelength division multiplexed signal light is obtained.
Is from equation (6)

【0018】[0018]

【数5】 (Equation 5)

【0019】の関係が得られる。ここで、平均上準位イ
オン密度<N2 >が一定の場合、すなわち個々の波長で
の利得が一定の場合でも、Gtotal′とGtotal は G
i) =Gtotal のときのみ一致し、その他の利得偏差
がある場合には一致しない。図12の構成では、波長多
重信号光全体の利得Gtotal を一定にするように励起光
パワーを制御するので、利得偏差がある場合には、波長
多重数によって<N2 >が変化し、個々の波長での利得
を一定に保つことができない。
The following relationship is obtained. Here, even when the upper-level ion density <N 2 > is constant, that is, when the gain at each wavelength is constant, G total ′ and G total are G
It matches only when (λ i ) = G total and does not match when there is another gain deviation. In the configuration of FIG. 12, the pumping light power is controlled so as to keep the gain G total of the entire wavelength multiplexed signal light constant. Therefore, if there is a gain deviation, <N 2 > changes depending on the number of wavelength multiplexed signals. Cannot be kept constant at the wavelength.

【0020】図13は、図12に示す光増幅器に波長多
重信号光を入力したときの波長ごとの利得の計算例を示
す。光増幅器は 980nm励起、励起光パワーは50mWと
し、希土類添加ファイバはシリカ母材のアルミニウム共
添加エルビウム添加ファイバとした。また、波長多重信
号光の波長λ1 〜λ8 は、1532nm〜1560nmで4nm
間隔とした。1波当たりの信号光パワーは−14dBmとし
た。ここに示す例では、最大と最小の利得偏差は3dB程
度あることが分かる。
FIG. 13 shows an example of calculation of gain for each wavelength when wavelength-division multiplexed signal light is input to the optical amplifier shown in FIG. The optical amplifier was pumped at 980 nm, the pump light power was 50 mW, and the rare earth-doped fiber was an aluminum-codoped erbium-doped fiber of a silica base material. The wavelengths λ 1 to λ 8 of the wavelength multiplexed signal light are 4 nm from 1532 nm to 1560 nm.
It was an interval. The signal light power per wave was -14 dBm. In the example shown here, it can be seen that the maximum and minimum gain deviation is about 3 dB.

【0021】[0021]

【発明が解決しようとする課題】図13に示すような利
得偏差が存在している場合でも、個々の波長の信号の利
得、すなわち利得偏差が変化しない場合には、利得偏差
と逆特性の透過率を有する光利得等化器、例えばファイ
バグレーティング等により利得偏差を補償することがで
きる。このため、入力信号光パワーおよび波長多重数が
変化した場合の利得偏差の変化、すなわち個々の波長の
利得変化が問題になる。以下、図12の構成の光増幅器
の利得変化について説明する。
Even if there is a gain deviation as shown in FIG. 13, when the gain of the signal of each wavelength, that is, the gain deviation does not change, the transmission of the characteristic opposite to the gain deviation is performed. The gain deviation can be compensated by an optical gain equalizer having a ratio, for example, a fiber grating. For this reason, a change in the gain deviation when the input signal light power and the number of wavelength multiplexes change, that is, a change in the gain of each wavelength becomes a problem. Hereinafter, a change in gain of the optical amplifier having the configuration shown in FIG. 12 will be described.

【0022】図14は、図13に示す利得特性を有する
光増幅器で、波長多重数が変化した場合の各波長の利得
変化を示す。ここでは、図12に示す構成のように、全
入力信号光パワーと全出力信号光パワーの対数差から求
められる波長多重信号光全体の利得を一定にした場合
に、波長多重数が変化した場合の各波長の信号光の利得
変化を示す。
FIG. 14 shows a change in the gain at each wavelength when the number of wavelength multiplexes changes in the optical amplifier having the gain characteristic shown in FIG. Here, as shown in FIG. 12, when the gain of the entire wavelength multiplexed signal light obtained from the logarithmic difference between the total input signal light power and the total output signal light power is kept constant, the wavelength multiplexing number changes. 5 shows a change in gain of signal light of each wavelength.

【0023】図において、□印は、波長多重信号光のう
ち利得の大きい順に波長λ7 ,λ6,λ1 の信号光の入
力を無くした場合の残りの信号光の利得の変化を示す。
○印は、波長多重信号光のうち利得の小さい順に波長λ
2 ,λ3 ,λ4 の信号光の入力を無くした場合の残りの
信号光の利得の変化を示す。利得の大きい信号光を減ら
した場合には、残りの信号光の利得は 0.5dB程度大きく
なり、利得の小さい信号光を減らした場合には、残りの
信号光の利得は 0.7dB程度小さくなることがわかる。
In the figure, the squares indicate the change in the gain of the remaining signal light when the input of the signal light of wavelengths λ 7 , λ 6 , and λ 1 is eliminated in the order of the gain in the wavelength multiplexed signal light.
The circles indicate wavelength λ in the order of gain from wavelength-multiplexed signal light.
The change in the gain of the remaining signal light when the input of the signal light of 2 , λ 3 and λ 4 is eliminated is shown. When the signal light with a large gain is reduced, the gain of the remaining signal light is increased by about 0.5 dB, and when the signal light with a small gain is reduced, the gain of the remaining signal light is reduced by about 0.7 dB. I understand.

【0024】以上説明したように、波長多重信号光全体
の利得が一定になるように制御する従来構成では、伝送
路である光ファイバの損失変化のように、波長多重信号
光の全信号光の入力パワーが一様に変化するような場合
は個々の波長の利得は変化しない。しかし、利得偏差が
ある場合に波長多重数が変化すると、個々の波長の利得
は変化する。したがって、光増幅器を多段に接続して構
成される光増幅中継波長多重通信システムでは、1台あ
たりの利得偏差が 0.5dB程度であったとしても、多中継
によって利得の変化が累積するために、信号光パワーの
大きな変化をもたらし問題となる。
As described above, in the conventional configuration in which the gain of the entire wavelength multiplexed signal light is controlled to be constant, the entire signal light of the wavelength multiplexed signal light is changed like the loss change of the optical fiber which is the transmission line. When the input power changes uniformly, the gain of each wavelength does not change. However, if there is a gain deviation and the number of wavelength multiplexes changes, the gain of each wavelength changes. Therefore, in an optical amplification repeater wavelength division multiplexing communication system configured by connecting optical amplifiers in multiple stages, even if the gain deviation per unit is about 0.5 dB, the change in gain is accumulated due to multiple repeaters. A large change in signal light power causes a problem.

【0025】本発明は、光ファイバの損失変化による波
長多重信号光の全入力パワーの変化と、送信光源の故障
等による波長多重数の変化の両方に対して、各波長の信
号光の利得を一定に制御することができる光増幅器を提
供することを目的とする。
According to the present invention, the gain of the signal light of each wavelength is controlled by both the change in the total input power of the wavelength multiplexed signal light due to the change in the loss of the optical fiber and the change in the number of wavelength multiplexing due to the failure of the transmission light source. An object of the present invention is to provide an optical amplifier that can be controlled to be constant.

【0026】[0026]

【課題を解決するための手段】本発明の光増幅器は、所
定の波長依存性を有する減衰率で波長多重信号光の入出
力パワーに重み付けする監視手段を備え、その監視手段
の出力に応じて励起光パワーを制御する。この監視手段
では、波長多重信号光に対する利得偏差の影響を打ち消
すように重み付けを与える。これにより、利得偏差の影
響のない波長多重信号光の入出力パワーを得ることがで
き、全入力パワーの変化と波長多重数の変化の両方に対
して、各波長の信号光の利得を一定に制御することがで
きる。
SUMMARY OF THE INVENTION An optical amplifier according to the present invention includes monitoring means for weighting the input / output power of a wavelength division multiplexed signal light with an attenuation factor having a predetermined wavelength dependency, and according to the output of the monitoring means. Control the excitation light power. In this monitoring means, weighting is applied so as to cancel the effect of gain deviation on the wavelength multiplexed signal light. As a result, it is possible to obtain the input / output power of the wavelength multiplexed signal light without the influence of the gain deviation, and to keep the gain of the signal light of each wavelength constant with respect to both the change of the total input power and the change of the number of wavelength multiplexing. Can be controlled.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

(第1の実施形態−請求項2)図1は、本発明の光増幅
器の第1の実施形態を示す。図において、入力端子1か
ら入力された波長多重信号光は、光カプラ3,光アイソ
レータ4−1を介して合波器5に入力される。合波器5
は、励起光源6から出力される励起光と波長多重信号光
を合波して希土類添加ファイバ7に入力する。希土類添
加ファイバ7の出力光は、光アイソレータ4−2を介し
て出力端子2から出力される。光カプラ3で一部分岐さ
れた光は、所定の波長依存性を有する減衰率で各波長の
光パワーを重み付けする光重み付け回路11に入力され
る。光重み付け回路11の出力は受光回路8に入力さ
れ、電気信号に変換される。制御回路12は、受光回路
8の出力に対して所定の励起光パワーになるように励起
光源6を制御する。
(First Embodiment-Claim 2) FIG. 1 shows a first embodiment of the optical amplifier of the present invention. In the figure, a wavelength multiplexed signal light input from an input terminal 1 is input to a multiplexer 5 via an optical coupler 3 and an optical isolator 4-1. Multiplexer 5
Multiplexes the pump light output from the pump light source 6 and the wavelength multiplexed signal light and inputs the multiplexed light to the rare-earth-doped fiber 7. The output light of the rare-earth-doped fiber 7 is output from the output terminal 2 via the optical isolator 4-2. The light partially branched by the optical coupler 3 is input to an optical weighting circuit 11 that weights the optical power of each wavelength at an attenuation rate having a predetermined wavelength dependency. The output of the light weighting circuit 11 is input to the light receiving circuit 8 and is converted into an electric signal. The control circuit 12 controls the excitation light source 6 so that the output of the light receiving circuit 8 has a predetermined excitation light power.

【0028】本実施形態の特徴は、光重み付け回路11
において、入力信号光に対して希土類添加ファイバ7の
利得に反比例した減衰量を与え、重み付けされた波長多
重信号光の全パワーに対してあらかじめ設定された励起
光パワーになるように励起光源6を制御するところにあ
る。これにより、波長多重数の変化に対して利得を一定
に保つことができる。以下、本実施形態の動作原理につ
いて説明する。
The feature of this embodiment is that the optical weighting circuit 11
In the above, the pumping light source 6 is provided with an attenuation amount that is inversely proportional to the gain of the rare-earth-doped fiber 7 to the input signal light, and the pumping light power is set to a preset pumping light power with respect to the total power of the weighted wavelength multiplexed signal light. In control. Thus, the gain can be kept constant with respect to a change in the number of wavelength multiplexes. Hereinafter, the operation principle of the present embodiment will be described.

【0029】希土類添加ファイバ7における波長λi
信号光の対数利得をG(λi) 、入力パワーをpsi、励起
光の対数利得をGp 、波長λp の励起光の入力パワーを
pとし、希土類イオンの上準位から基底準位への緩和
時間をτ、希土類添加ファイバ7の希土類添加断面積を
Aとした場合に、励起光パワーpp と波長λi の信号光
パワーpsiの関係は、ASE光の影響を無視すると、
The logarithmic gain of the signal light of wavelength λ i in the rare earth doped fiber 7 is G (λ i ), the input power is p si , the logarithmic gain of the pump light is G p , and the input power of the pump light of wavelength λ p is p. and p, the relaxation time from the top of the rare earth ion level to ground level tau, a rare-earth-doped cross-sectional area of the rare earth-doped fiber 7 when the a, the signal light power p of the pumping light power p p and the wavelength lambda i The relationship of si is that if we ignore the influence of ASE light,

【0030】[0030]

【数6】 (Equation 6)

【0031】と表すことができる。hはプランク定数、
cは光速である。さらに、式(8) を用いると、励起光パ
ワーpp
Can be expressed as h is Planck's constant,
c is the speed of light. Further, using equation (8), the pump light power pp becomes

【0032】[0032]

【数7】 (Equation 7)

【0033】と表すことができる。ここで、制御目標の
利得特性を実現する時の平均上準位イオン密度を<N2
0とすると、その利得特性を実現するのに必要な励起
光パワーpp0は、式(9) から
Can be expressed as follows. Here, the average upper level ion density at the time of realizing the gain characteristic of the control target is <N 2
> 0 , the pump light power p p0 required to realize the gain characteristic is given by the following equation (9).

【0034】[0034]

【数8】 (Equation 8)

【0035】と表すことができる。なお、Gi0は、目標
の利得特性を実現するとき、すなわち平均上準位イオン
密度が<N20のときの波長λi の信号光の利得であ
る。Gp0は、平均上準位イオン密度が<N20のときの
励起光の利得である。ここで、光重み付け回路11にお
ける波長λi の信号光の減衰特性は、目標の希土類添加
ファイバ7の利得特性に反比例するように、すなわち光
重み付け回路11の透過率T(λi) をその利得特性に比
例するように与える。すなわち、 T(λi) =aexp[Gi0] (11) とする。なお、aは比例定数である。このような光重み
付け回路11は、例えばファイバグレーティングで構成
することができる。また、マッハツェンダ干渉計を縦続
接続し、それぞれのカップリング効率やマッハツェンダ
干渉計の2つの光路の位相差を変化させて調整し、得ら
れる光ラティスフィルタも用いることができる。
Can be expressed as follows. G i0 is the gain of the signal light having the wavelength λ i when the target gain characteristic is realized, that is, when the upper-level ion density is <N 2 > 0 . G p0 is the gain of the pump light when the upper-level ion density is <N 2 > 0 . Here, the attenuation characteristic of the signal light of the wavelength λ i in the optical weighting circuit 11 is inversely proportional to the gain characteristic of the target rare-earth-doped fiber 7, that is, the transmittance T (λ i ) of the optical weighting circuit 11 is changed by the gain. Give in proportion to the characteristics. That is, T (λ i ) = aexp [G i0 ] (11). Here, a is a proportional constant. Such an optical weighting circuit 11 can be composed of, for example, a fiber grating. Further, an optical lattice filter obtained by cascading Mach-Zehnder interferometers and changing the coupling efficiency and the phase difference between two optical paths of the Mach-Zehnder interferometer can be used.

【0036】受光回路8の出力pinmon は、式(11)で表
される光重み付け回路11の透過率T(λi) を用いる
と、
The output pin mon of the light receiving circuit 8 is obtained by using the transmittance T (λ i ) of the light weighting circuit 11 expressed by the equation (11).

【0037】[0037]

【数9】 (Equation 9)

【0038】と表すことができる。制御回路12では、
受光回路8の出力pinmon の値に対して、あらかじめ励
起光パワーpp を pp =α+βpinmon (13) と設定しておく。ここで、λS を波長多重信号光の平均
の波長とし、式(13)の係数α,βを
Can be expressed as follows. In the control circuit 12,
For values of the output pin mon of the light receiving circuit 8, it is set in advance pumping light power p p p p = α + βpin mon (13). Here, λ S is the average wavelength of the wavelength-division multiplexed signal light, and the coefficients α and β in Equation (13) are

【0039】[0039]

【数10】 (Equation 10)

【0040】とする。通常、λS≒λi 、exp(Gi0)−1
≒exp(Gi0) と近似できるので、式(13)で表される受光
回路8の出力に対応した励起光パワーpp と、式(10)で
表される目標の利得特性を実現するために必要な励起光
パワーpp0は、ほぼ一致することがわかる。したがっ
て、受光回路8の出力pinmon の値に対して、式(13)で
表される励起光パワーpp になるように励起光源6を制
御することにより、利得特性を一定に制御できることが
わかる。また、この場合に式(10)と式(13)を比較する
と、波長多重数が変化した場合でも同様に利得特性を一
定に制御できることがわかる。
It is assumed that Usually, λ S ≒ λ i , exp (G i0 ) −1
Since ≒ can be approximated by exp (G i0), for implementing the pumping light power p p corresponding to the output of the light receiving circuit 8 of the formula (13), the gain characteristics of the target represented by the formula (10) It can be understood that the pump light power p p0 required for the above is substantially the same. Therefore, for values of the output pin mon of the light receiving circuit 8, by controlling the pumping light source 6 so that the pumping light power p p of the formula (13), it can be seen that control the gain characteristics constant . Also, in this case, when Expressions (10) and (13) are compared, it is understood that the gain characteristics can be controlled to be constant even when the number of wavelength multiplexes changes.

【0041】図2は、波長多重数が変化した場合の各波
長の利得変化を示す。図において、×印は、波長多重信
号光のうち利得の大きい順に波長λ7 ,λ6,λ1 の信
号光の入力を無くした場合の残りの信号光の利得の変化
を示す。◇印は、波長多重信号光のうち利得の小さい順
に波長λ2 ,λ3 ,λ4 の信号光の入力を無くした場合
の残りの信号光の利得の変化を示す。また、比較のため
に、図14に示す従来構成における各波長の利得変化も
□印と○印で示す。図に示すように、従来は±0.5dB 以
上あった利得変化を十分に抑圧できていることがわか
る。すなわち、光重み付け回路11で波長多重信号光に
重み付けをし、その出力に対して、あらかじめ設定され
た励起光パワーになるように制御すると、個々の波長の
利得の変化はなく、利得を一定に制御できることがわか
る。
FIG. 2 shows a change in gain at each wavelength when the number of wavelength multiplexes changes. In the figure, the crosses indicate changes in the gain of the remaining signal light when the input of the signal lights of wavelengths λ 7 , λ 6 , λ 1 is eliminated in the order of the gain in the wavelength multiplexed signal light. The mark “◇” indicates a change in the gain of the remaining signal light when the input of the signal lights of the wavelengths λ 2 , λ 3 , and λ 4 is eliminated in the order of smaller gain among the wavelength multiplexed signal lights. For comparison, the gain change of each wavelength in the conventional configuration shown in FIG. As shown in the figure, it can be seen that the gain change which was conventionally ± 0.5 dB or more was sufficiently suppressed. That is, when the wavelength multiplexed signal light is weighted by the optical weighting circuit 11 and the output thereof is controlled so as to have a predetermined pumping light power, the gain of each wavelength does not change and the gain is kept constant. It turns out that it can be controlled.

【0042】(第2の実施形態−請求項3)図3は、本
発明の光増幅器の第2の実施形態を示す。図において、
入力端子1から入力された波長多重信号光は、光カプラ
3−1,光アイソレータ4−1を介して合波器5に入力
される。合波器5は、励起光源6から出力される励起光
と波長多重信号光を合波して希土類添加ファイバ7に入
力する。希土類添加ファイバ7の出力光は、光アイソレ
ータ4−2,光カプラ3−2を介して出力端子2から出
力される。光カプラ3−1で一部分岐された光は、所定
の波長依存性を有する減衰率で各波長の光パワーを重み
付けする光重み付け回路11に入力される。光重み付け
回路11の出力は受光回路8−1に入力され、電気信号
に変換される。一方、光カプラ3−2で一部分岐された
光は受光回路8−2に入力され、電気信号に変換され
る。対数増幅器9は、受光回路8−1,8−2の出力を
入力し、その対数の差を出力する。制御回路10は、対
数増幅器9の出力が常に一定になるように励起光源6の
出力パワーを制御する。
(Second Embodiment-Claim 3) FIG. 3 shows a second embodiment of the optical amplifier of the present invention. In the figure,
The wavelength multiplexed signal light input from the input terminal 1 is input to the multiplexer 5 via the optical coupler 3-1 and the optical isolator 4-1. The multiplexer 5 multiplexes the pump light output from the pump light source 6 and the wavelength multiplexed signal light and inputs the multiplexed light to the rare-earth-doped fiber 7. The output light of the rare earth-doped fiber 7 is output from the output terminal 2 via the optical isolator 4-2 and the optical coupler 3-2. The light partially branched by the optical coupler 3-1 is input to an optical weighting circuit 11 for weighting the optical power of each wavelength with an attenuation factor having a predetermined wavelength dependency. The output of the light weighting circuit 11 is input to the light receiving circuit 8-1 and is converted into an electric signal. On the other hand, the light partially branched by the optical coupler 3-2 is input to the light receiving circuit 8-2 and is converted into an electric signal. The logarithmic amplifier 9 receives the outputs of the light receiving circuits 8-1 and 8-2 and outputs the difference between the logarithms. The control circuit 10 controls the output power of the pump light source 6 so that the output of the logarithmic amplifier 9 is always constant.

【0043】本実施形態の特徴は、光重み付け回路11
において、入力信号光に対して希土類添加ファイバ7の
利得に反比例した減衰量を与え、重み付けされた入力信
号光の全パワーと出力信号光の全パワーの対数差が一定
になるように励起光パワーを制御するところにある。従
来構成では、波長多重数が変化しても波長多重信号光全
体の利得を一定に制御し、個々の波長の利得が変化して
いた。それに対して、本実施形態の構成では、入力信号
光の個々の波長の利得を補償してその全パワーを監視す
るので、波長多重数の変化に対して利得を一定に保つこ
とができる。以下、本実施形態の動作原理について説明
する。
The feature of this embodiment is that the optical weighting circuit 11
, The attenuation of the input signal light is inversely proportional to the gain of the rare-earth-doped fiber 7, and the pumping light power is adjusted so that the logarithmic difference between the weighted total power of the input signal light and the total power of the output signal light is constant. Is where you control. In the conventional configuration, the gain of the entire wavelength multiplexed signal light is controlled to be constant even if the number of wavelength multiplexes changes, and the gain of each wavelength changes. On the other hand, in the configuration of the present embodiment, since the gain of each wavelength of the input signal light is compensated and the total power is monitored, the gain can be kept constant with respect to the change in the number of multiplexed wavelengths. Hereinafter, the operation principle of the present embodiment will be described.

【0044】受光回路8−2の出力poutmonは、波長λ
i の信号光の対数利得G(λi) 、励起光パワーpsi、比
例定数bとすると、
The output pout mon of the light receiving circuit 8-2 has a wavelength λ
Assuming that the logarithmic gain G (λ i ) of the signal light of i , the pump light power p si , and the proportionality constant b,

【0045】[0045]

【数11】 [Equation 11]

【0046】と表される。ここで、制御目標の利得特性
を実現するときの平均上準位イオン密度を<N20
し、目標の利得特性を実現するときの波長λi の信号光
の利得をGi0とし、光重み付け回路11の透過率が式(1
1)で表されるとすると、受光回路8−1の出力pinmon
は、
Is represented by Here, the average upper level ion density at the time of realizing the gain characteristic of the control target is <N 2 > 0 , the gain of the signal light of wavelength λ i at the time of realizing the target gain characteristic is G i0 , The transmittance of the weighting circuit 11 is given by the equation (1
If expressed by 1), the output pin mon of the light receiving circuit 8-1
Is

【0047】[0047]

【数12】 (Equation 12)

【0048】と表される。対数増幅器9において、式(1
6)で表されるpoutmonと、式(17)で表されるpinmon
対数差を求めると、その出力は
## EQU5 ## In the logarithmic amplifier 9, the expression (1
When the logarithmic difference between pout mon expressed by 6) and pin mon expressed by equation (17) is obtained, the output is

【0049】[0049]

【数13】 (Equation 13)

【0050】となる。ここで、平均上準位イオン密度が
<N20の場合のみ、波長λi の信号光の対数利得G
i) はGi0と等しく、式(18)は波長多重数および入力
パワーに係わらずb/aになることがわかる。したがっ
て、対数増幅器9の出力がb/aになるように制御回路
10が励起光源6の出力パワーを制御すると、平均上準
位イオン密度を<N20とすることができ、目標の利得
特性になるように制御できる。
Is as follows. Here, only when the average upper-level ion density is <N 2 > 0 , the logarithmic gain G of the signal light of wavelength λ i
i ) is equal to G i0, and it can be seen that equation (18) becomes b / a regardless of the number of multiplexed wavelengths and the input power. Therefore, when the control circuit 10 controls the output power of the excitation light source 6 so that the output of the logarithmic amplifier 9 becomes b / a, the average upper-level ion density can be set to <N 2 > 0, and the target gain It can be controlled to have characteristics.

【0051】図4は、波長多重数が変化した場合の各波
長の利得変化を示す。図において、×印は、波長多重信
号光のうち利得の大きい順に波長λ7 ,λ6,λ1 の信
号光の入力を無くした場合の残りの信号光の利得の変化
を示す。◇印は、波長多重信号光のうち利得の小さい順
に波長λ2 ,λ3 ,λ4 の信号光の入力を無くした場合
の残りの信号光の利得の変化を示す。また、比較のため
に、図14に示す従来構成における各波長の利得変化も
□印と○印で示す。図に示すように、従来は±0.5dB 以
上あった利得変化を十分に抑圧できていることがわか
る。すなわち、光重み付け回路11で入力信号光に重み
付けをし、入出力パワーの対数差が一定になるように励
起光パワーを制御すると、波長多重数の変化に対して個
々の波長の利得の変化はなく、利得を一定に制御できる
ことがわかる。
FIG. 4 shows a change in gain at each wavelength when the number of wavelength multiplexes changes. In the figure, the crosses indicate changes in the gain of the remaining signal light when the input of the signal lights of wavelengths λ 7 , λ 6 , λ 1 is eliminated in the order of the gain in the wavelength multiplexed signal light. The mark “◇” indicates a change in the gain of the remaining signal light when the input of the signal lights of the wavelengths λ 2 , λ 3 , and λ 4 is eliminated in the order of smaller gain among the wavelength multiplexed signal lights. For comparison, the gain change of each wavelength in the conventional configuration shown in FIG. As shown in the figure, it can be seen that the gain change which was conventionally ± 0.5 dB or more was sufficiently suppressed. That is, when the input signal light is weighted by the optical weighting circuit 11 and the pumping light power is controlled so that the logarithmic difference between the input and output powers becomes constant, the change in the gain of each wavelength with respect to the change in the number of wavelength multiplexing is obtained. It can be seen that the gain can be controlled to be constant.

【0052】(第3の実施形態−請求項4)図5は、本
発明の光増幅器の第3の実施形態を示す。図において、
入力端子1から入力された波長多重信号光は、光カプラ
3−1,光アイソレータ4−1を介して合波器5に入力
される。合波器5は、励起光源6から出力される励起光
と波長多重信号光を合波して希土類添加ファイバ7に入
力する。希土類添加ファイバ7の出力光は、光アイソレ
ータ4−2,光カプラ3−2を介して出力端子2から出
力される。光カプラ3−1で一部分岐された光は受光回
路8−1に入力され、電気信号に変換される。一方、光
カプラ3−2で一部分岐された光は所定の波長依存性を
有する減衰率で各波長の光パワーを重み付けする光重み
付け回路11に入力される。光重み付け回路11の出力
は受光回路8−2に入力され、電気信号に変換される。
対数増幅器9は、受光回路8−1,8−2の出力を入力
し、その対数の差を出力する。制御回路10は、対数増
幅器9の出力が常に一定になるように励起光源6の出力
パワーを制御する。
(Third Embodiment-Claim 4) FIG. 5 shows a third embodiment of the optical amplifier of the present invention. In the figure,
The wavelength multiplexed signal light input from the input terminal 1 is input to the multiplexer 5 via the optical coupler 3-1 and the optical isolator 4-1. The multiplexer 5 multiplexes the pump light output from the pump light source 6 and the wavelength multiplexed signal light and inputs the multiplexed light to the rare-earth-doped fiber 7. The output light of the rare earth-doped fiber 7 is output from the output terminal 2 via the optical isolator 4-2 and the optical coupler 3-2. The light partially branched by the optical coupler 3-1 is input to the light receiving circuit 8-1, and is converted into an electric signal. On the other hand, the light partially branched by the optical coupler 3-2 is input to an optical weighting circuit 11 for weighting the optical power of each wavelength at an attenuation rate having a predetermined wavelength dependency. The output of the light weighting circuit 11 is input to the light receiving circuit 8-2 and is converted into an electric signal.
The logarithmic amplifier 9 receives the outputs of the light receiving circuits 8-1 and 8-2 and outputs the difference between the logarithms. The control circuit 10 controls the output power of the pump light source 6 so that the output of the logarithmic amplifier 9 is always constant.

【0053】本実施形態の特徴は、出力信号光を入力す
る光重み付け回路11において、希土類添加ファイバ7
の利得に反比例した減衰量を与え、入力信号光の全パワ
ーと重み付けされた出力信号光の全パワーの対数差が一
定になるように励起光パワーを制御するところにある。
本実施形態は第2の実施形態と同様の原理で、出力信号
光の個々の波長の利得を補償してその全パワーを監視す
るので、波長多重数の変化に対して利得を一定に保つこ
とができる。以下、本実施形態の動作原理について説明
する。
The present embodiment is characterized in that the optical weighting circuit 11 for inputting the output signal light includes the rare-earth-doped fiber 7
Of the pumping light is controlled so that the logarithmic difference between the total power of the input signal light and the total power of the weighted output signal light becomes constant.
In this embodiment, the same principle as that of the second embodiment is used, and the gain of each wavelength of the output signal light is compensated and the total power is monitored, so that the gain is kept constant with respect to the change in the number of wavelength multiplexing. Can be. Hereinafter, the operation principle of the present embodiment will be described.

【0054】受光回路8−1の出力pinmon は、The output pin mon of the light receiving circuit 8-1 is

【0055】[0055]

【数14】 [Equation 14]

【0056】と表される。また、光重み付け回路11の
波長λi の信号光の透過率T(λi) は、
## EQU5 ## Further, the transmittance T (λ i ) of the signal light of the wavelength λ i of the optical weighting circuit 11 is

【0057】[0057]

【数15】 (Equation 15)

【0058】のように、目標の希土類添加ファイバの利
得特性に反比例するように設定する。受光回路8−2の
出力poutmonは、式(20)で表される透過率を用いると、
As described above, the gain is set to be inversely proportional to the gain characteristic of the target rare earth-doped fiber. The output pout mon of the light receiving circuit 8-2 is obtained by using the transmittance represented by the equation (20).

【0059】[0059]

【数16】 (Equation 16)

【0060】と表される。対数増幅器9は、式(21)で表
されるpoutmonと、式(19)で表されるpinmonの対数差
を求めると、その出力は
Is expressed as follows. The logarithmic amplifier 9 obtains the logarithmic difference between pout mon expressed by the equation (21) and pin mon expressed by the equation (19).

【0061】[0061]

【数17】 [Equation 17]

【0062】となる。ここで、平均上準位イオン密度が
<N20の場合のみ、波長λi の信号光の対数利得G
i) はGi0と等しく、式(22)は波長多重数および入力
パワーに係わらずa/bになることがわかる。したがっ
て、対数増幅器9の出力がa/bになるように制御回路
10が励起光源6の出力パワーを制御すると、平均上準
位イオン密度を<N20とすることができ、目標の利得
特性になるように制御できる。
Is obtained. Here, only when the average upper-level ion density is <N 2 > 0 , the logarithmic gain G of the signal light of wavelength λ i
It can be seen that (λ i ) is equal to G i0, and equation (22) becomes a / b regardless of the number of wavelength multiplexing and input power. Therefore, when the control circuit 10 controls the output power of the excitation light source 6 so that the output of the logarithmic amplifier 9 becomes a / b, the average upper-level ion density can be set to <N 2 > 0, and the target gain It can be controlled to have characteristics.

【0063】(第4の実施形態−請求項4)図6は、本
発明の光増幅器の第4の実施形態を示す。本実施形態
は、第3の実施形態における光重み付け回路11を光ア
イソレータ4−2と光カプラ3−2との間に配置した構
成である。その他の構成は第3の実施形態と同様であ
る。動作原理も第3の実施形態と同様であり、入力信号
光の全パワーと重み付けされた出力信号光の全パワーの
対数差が一定になるように励起光パワーを制御する。本
実施形態の特徴は、光重み付け回路11の挿入損失分だ
け光増幅器全体の利得を低下するが、各波長の利得に比
例した減衰量を出力信号光に与えているので、出力端子
2から出力される波長多重信号光の利得偏差も同時に補
償できるところにある。
(Fourth Embodiment-Claim 4) FIG. 6 shows a fourth embodiment of the optical amplifier of the present invention. This embodiment has a configuration in which the optical weighting circuit 11 in the third embodiment is arranged between the optical isolator 4-2 and the optical coupler 3-2. Other configurations are the same as those of the third embodiment. The operation principle is the same as that of the third embodiment, and the pumping light power is controlled so that the logarithmic difference between the total power of the input signal light and the total power of the weighted output signal light is constant. The feature of the present embodiment is that the gain of the entire optical amplifier is reduced by the insertion loss of the optical weighting circuit 11, but the attenuation is proportional to the gain of each wavelength to the output signal light. The gain deviation of the wavelength-multiplexed signal light can be compensated at the same time.

【0064】(第5の実施形態−請求項2,5)図7
は、本発明の光増幅器の第5の実施形態を示す。本実施
形態は、請求項2に対応する第1の実施形態(図1)に
適用したものであり、光アイソレータ4−2と出力端子
2との間に光可変減衰器13を配置した構成であり、フ
ッ化物母材の希土類添加ファイバ光増幅器に適用され
る。
(Fifth Embodiment-Claims 2 and 5) FIG.
Shows a fifth embodiment of the optical amplifier of the present invention. This embodiment is applied to the first embodiment (FIG. 1) corresponding to claim 2, and has a configuration in which an optical variable attenuator 13 is disposed between the optical isolator 4-2 and the output terminal 2. Yes, it is applied to fluoride-based rare earth doped fiber optical amplifiers.

【0065】図において、入力端子1から入力された波
長多重信号光は、光カプラ3,光アイソレータ4−1を
介して合波器5に入力される。合波器5は、励起光源6
から出力される励起光と波長多重信号光を合波して希土
類添加ファイバ7に入力する。希土類添加ファイバ7の
出力光は、光アイソレータ4−2,光可変減衰器13を
介して出力端子2から出力される。光カプラ3で一部分
岐された光は、所定の波長依存性を有する減衰率で各波
長の光パワーを重み付けする光重み付け回路11に入力
される。光重み付け回路11の出力は受光回路8に入力
され、電気信号に変換される。制御回路14は、受光回
路8の出力に対して所定の励起光パワーになるように励
起光源6を制御し、光可変減衰器13の減衰量を制御す
る。
In the figure, the wavelength multiplexed signal light input from the input terminal 1 is input to the multiplexer 5 via the optical coupler 3 and the optical isolator 4-1. The multiplexer 5 includes an excitation light source 6
The multiplexed pump light and the wavelength-multiplexed signal light output from the optical fiber are input to the rare-earth-doped fiber 7. The output light of the rare earth-doped fiber 7 is output from the output terminal 2 via the optical isolator 4-2 and the optical variable attenuator 13. The light partially branched by the optical coupler 3 is input to an optical weighting circuit 11 that weights the optical power of each wavelength at an attenuation rate having a predetermined wavelength dependency. The output of the light weighting circuit 11 is input to the light receiving circuit 8 and is converted into an electric signal. The control circuit 14 controls the pump light source 6 so that the output of the light receiving circuit 8 has a predetermined pump light power, and controls the attenuation of the variable optical attenuator 13.

【0066】図8は、フッ化物母材のエルビウム添加フ
ァイバ光増幅器の出力スペクトルを示す。入力される波
長多重信号光の波長λ1 〜λ8 は、1532nm〜1560nm
で4nm間隔とした。1波当たりの信号光パワーは−18
dBmとした。ここに示す例では、シリカ母材のエルビウ
ム添加ファイバ光増幅器に比べて、1530nm〜1560nm
にわたり利得偏差が小さいことが分かる。
FIG. 8 shows the output spectrum of a fluoride-based erbium-doped fiber optical amplifier. The wavelengths λ 1 to λ 8 of the input wavelength multiplexed signal light are 1532 nm to 1560 nm.
At intervals of 4 nm. Signal light power per wave is -18
dBm. In the example shown here, compared to the silica-based erbium-doped fiber optical amplifier, 1530 nm to 1560 nm
It can be seen that the gain deviation is small over the range.

【0067】図9は、フッ化物母材のエルビウム添加フ
ァイバ光増幅器で全波長の入力パワーを一様に減少さ
せ、利得偏差が一定になるように励起光パワーを調整し
たときの各波長の利得変化を示す。初期条件として1波
当たりの入力パワーを−18dBmとし、それに対して入力
パワーを0.58, 1.25, 2.04, 3.01, 4.26, 6.02, 9.03dB
ずつ減少させた場合のものである。フッ化物母材のエル
ビウム添加ファイバ光増幅器では、入力パワーを減少さ
せ、利得偏差が一定になるように励起光パワーを調整す
ると、利得は各波長で一様に増加していることがわか
る。図9から得られる入力パワーと利得変化の平均値を
図10に示す。
FIG. 9 shows the gain of each wavelength when the input power of all wavelengths is reduced uniformly by the fluoride-base erbium-doped fiber optical amplifier and the power of the pumping light is adjusted so that the gain deviation becomes constant. Indicates a change. As an initial condition, the input power per wave is -18dBm, while the input power is 0.58, 1.25, 2.04, 3.01, 4.26, 6.02, 9.03dB.
This is a case where the number is decreased by one. In the erbium-doped fiber optical amplifier based on the fluoride, when the input power is reduced and the pumping light power is adjusted so that the gain deviation becomes constant, the gain is found to increase uniformly at each wavelength. FIG. 10 shows the average values of the input power and the gain change obtained from FIG.

【0068】このように、フッ化物母材の希土類添加フ
ァイバ光増幅器では、波長多重信号光の入力パワーが変
化したときに、各波長で利得偏差が一定になるように励
起光パワーを制御すると、全波長の利得が一様に変化す
る。このため、図10に示す利得変化に比例した減衰量
を光可変減衰器13で与えることにより、利得および利
得偏差を一定に制御することができる。
As described above, in the rare earth-doped fiber optical amplifier based on the fluoride, when the input power of the wavelength multiplexed signal light changes, the pumping light power is controlled so that the gain deviation becomes constant at each wavelength. The gain at all wavelengths changes uniformly. Therefore, the gain and the gain deviation can be controlled to be constant by giving the attenuation amount proportional to the gain change shown in FIG. 10 by the optical variable attenuator 13.

【0069】図11は、第5の実施形態における波長多
重数が変化した場合の各波長の利得変化を示す。図にお
いて、×印は、波長多重信号光のうち利得の大きい方の
波長λ1 ,λ5,λ8 の信号光の入力を無くした場合の
残りの信号光の利得の変化を示す。◇印は、波長多重信
号光のうち利得の小さい方の波長λ2 ,λ3 ,λ4 の信
号光の入力を無くした場合の残りの信号光の利得の変化
を示す。また、比較のために、光重み付け回路がない構
成における各波長の利得変化も□印と○印で示す。図に
示すように、光重み付け回路を用いることにより、±0.
5dB 以上あった利得変化を0.1dB 以内に抑圧できている
ことがわかる。
FIG. 11 shows a change in gain at each wavelength when the number of multiplexed wavelengths changes in the fifth embodiment. In the figure, the crosses indicate changes in the gains of the remaining signal lights when the input of the signal lights of the wavelengths λ 1 , λ 5 , λ 8 having the larger gain among the wavelength multiplexed signal lights is eliminated. The symbol ◇ indicates a change in the gain of the remaining signal light when the input of the signal light of the wavelength λ 2 , λ 3 , λ 4 having the smaller gain of the wavelength multiplexed signal light is eliminated. For comparison, the change in gain at each wavelength in the configuration without the optical weighting circuit is also indicated by □ and 印. As shown in the figure, by using an optical weighting circuit, ± 0.
It can be seen that the gain change of 5 dB or more was suppressed to within 0.1 dB.

【0070】このように、光重み付け回路11で入力信
号光に重み付けをし、その出力に対してあらかじめ設定
された励起光パワーになるように制御し、さらに全入力
パワーにたいしてあらかじめ設定された減衰量になるよ
うに光可変減衰器を制御することにより、波長多重数の
変化に対して個々の波長の利得の変化はなく、利得を一
定に制御できることがわかる。
As described above, the input signal light is weighted by the optical weighting circuit 11, the output thereof is controlled so as to have a predetermined pumping light power, and the attenuation which is set in advance for all the input powers is controlled. By controlling the variable optical attenuator so that the following equation is obtained, there is no change in the gain of each wavelength with respect to a change in the number of wavelength multiplexes, and it can be seen that the gain can be controlled to be constant.

【0071】なお、本実施形態における光可変減衰器1
3は、請求項2に対応する第1の実施形態(図1)に適
用したものであるが、請求項3に対応する第2の実施形
態(図3)または請求項4に対応する第3および第4の
実施形態(図5,6)にも同様に適用することができ
る。また、以上示した各実施形態の光増幅器を任意の組
み合わせで複数個縦続に接続することにより、所定の利
得を確保しながら、波長多重数の変化に対して個々の波
長の利得を一定に制御することができる。
The variable optical attenuator 1 according to the present embodiment
The third embodiment is applied to the first embodiment (FIG. 1) corresponding to claim 2, but the second embodiment (FIG. 3) corresponding to claim 3 or the third embodiment corresponding to claim 4. The same applies to the fourth embodiment (FIGS. 5 and 6). In addition, by cascading a plurality of optical amplifiers of the above-described embodiments in an arbitrary combination, the gain of each wavelength is controlled to be constant with respect to a change in the number of multiplexed wavelengths while maintaining a predetermined gain. can do.

【0072】[0072]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光増幅器
は、光重み付け回路を用いることにより利得偏差の影響
のない波長多重信号光の入出力パワーを得ることがで
き、全入力パワーの変化と波長多重数の変化の両方に対
して、各波長の信号光の利得を一定に制御することがで
きる。また、このような光重み付け回路は受動回路で実
現できるので、構成が簡単であり、複雑な制御も必要と
しない。
As described above, the optical amplifier of the present invention can obtain the input / output power of the wavelength division multiplexed signal light which is not affected by the gain deviation by using the optical weighting circuit, and can change the total input power. The gain of the signal light of each wavelength can be controlled to be constant with respect to both the change in the wavelength and the number of multiplexed wavelengths. Also, since such an optical weighting circuit can be realized by a passive circuit, the configuration is simple and no complicated control is required.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の光増幅器の第1の実施形態を示すブロ
ック図。
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the optical amplifier of the present invention.

【図2】第1の実施形態における波長多重数が変化した
場合の各波長の利得変化を示す図。
FIG. 2 is a diagram illustrating a change in gain at each wavelength when the number of multiplexed wavelengths changes in the first embodiment.

【図3】本発明の光増幅器の第2の実施形態を示すブロ
ック図。
FIG. 3 is a block diagram showing a second embodiment of the optical amplifier of the present invention.

【図4】第2の実施形態における波長多重数が変化した
場合の各波長の利得変化を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing a change in gain of each wavelength when the number of wavelength multiplexes changes in the second embodiment.

【図5】本発明の光増幅器の第3の実施形態を示すブロ
ック図。
FIG. 5 is a block diagram showing a third embodiment of the optical amplifier according to the present invention.

【図6】本発明の光増幅器の第4の実施形態を示すブロ
ック図。
FIG. 6 is a block diagram showing a fourth embodiment of the optical amplifier according to the present invention.

【図7】本発明の光増幅器の第5の実施形態を示すブロ
ック図。
FIG. 7 is a block diagram showing a fifth embodiment of the optical amplifier according to the present invention.

【図8】フッ化物母材のエルビウム添加ファイバ光増幅
器の出力スペクトルを示す図。
FIG. 8 is a diagram showing an output spectrum of a fluoride-based erbium-doped fiber optical amplifier.

【図9】フッ化物母材のエルビウム添加ファイバ光増幅
器で全波長の入力パワーを一様に減少させ、利得偏差が
一定になるように励起光パワーを調整したときの各波長
の利得変化を示す図。
FIG. 9 shows a change in gain at each wavelength when the input power at all wavelengths is uniformly reduced by the fluoride-based erbium-doped fiber optical amplifier and the pumping light power is adjusted so that the gain deviation is constant. FIG.

【図10】図9から得られる入力パワーと利得変化の平
均値を示す図。
FIG. 10 is a view showing an average value of input power and gain change obtained from FIG. 9;

【図11】第5の実施形態における波長多重数が変化し
た場合の各波長の利得変化を示す図。
FIG. 11 is a diagram showing a change in gain of each wavelength when the number of multiplexed wavelengths changes in the fifth embodiment.

【図12】従来の光増幅器の構成例を示すブロック図。FIG. 12 is a block diagram showing a configuration example of a conventional optical amplifier.

【図13】従来の光増幅器に波長多重信号光を入力した
ときの波長ごとの利得の計算例を示す図。
FIG. 13 is a diagram illustrating a calculation example of gain for each wavelength when wavelength-division multiplexed signal light is input to a conventional optical amplifier.

【図14】図13に示す利得特性を有する光増幅器で、
波長多重数が変化した場合の各波長の利得変化を示す
図。
14 is an optical amplifier having a gain characteristic shown in FIG.
FIG. 7 is a diagram illustrating a change in gain at each wavelength when the number of wavelength multiplexes changes.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 入力端子 2 出力端子 3 光カプラ 4 光アイソレータ 5 合波器 6 励起光源 7 希土類添加ファイバ 8 受光回路 9 対数増幅器 10,12,14 制御回路 11 光重み付け回路 13 光可変減衰器 Reference Signs List 1 input terminal 2 output terminal 3 optical coupler 4 optical isolator 5 multiplexer 6 excitation light source 7 rare earth doped fiber 8 light receiving circuit 9 logarithmic amplifier 10, 12, 14 control circuit 11 optical weighting circuit 13 optical variable attenuator

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H04J 14/02 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Agency reference number FI Technical indication H04J 14/02

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 希土類を添加した光ファイバと、 前記光ファイバを励起する励起光を発生する励起光源
と、 波長多重信号光と前記励起光を合波して前記光ファイバ
へ入力する励起光入力手段とを備え、 前記光ファイバから増幅された波長多重信号光が出力さ
れる光増幅器において、 前記波長多重信号光のパワーを所定の波長依存性を有す
る減衰率で重み付けをして監視する監視手段と、 前記監視手段の出力に応じて前記励起光のパワーを制御
する制御手段とを備えたことを特徴とする光増幅器。
An optical fiber doped with a rare earth element; an excitation light source for generating an excitation light for exciting the optical fiber; an excitation light input for multiplexing the wavelength multiplexed signal light and the excitation light and inputting the optical fiber to the optical fiber Monitoring means for weighting and monitoring the power of the wavelength-division multiplexed signal light with an attenuation factor having a predetermined wavelength dependency, wherein the optical amplifier outputs the wavelength-division multiplexed signal light amplified from the optical fiber. An optical amplifier comprising: a control unit that controls the power of the pump light according to an output of the monitoring unit.
【請求項2】 請求項1に記載の光増幅器において、 監視手段は、希土類を添加した光ファイバに入力される
波長多重信号光の一部を分岐する分岐手段と、前記光フ
ァイバの利得−波長特性に反比例した損失特性を有し、
前記分岐手段で分岐された波長多重信号光に重み付けを
する光重み付け回路と、前記光重み付け回路から出力さ
れる波長多重信号光の全光パワーに比例した電気信号を
出力する受光回路とを含む入力信号光パワー監視回路を
備え、 制御手段は、前記受光回路の出力に対して、あらかじめ
設定された励起光パワーになるように励起光源を制御す
る手段を備えたことを特徴とする光増幅器。
2. The optical amplifier according to claim 1, wherein the monitoring unit is configured to branch a part of the wavelength-division multiplexed signal light input to the rare-earth-doped optical fiber; Has a loss characteristic inversely proportional to the characteristic,
An input including an optical weighting circuit for weighting the wavelength multiplexed signal light branched by the branching unit, and a light receiving circuit for outputting an electric signal proportional to the total optical power of the wavelength multiplexed signal light output from the optical weighting circuit; An optical amplifier, comprising: a signal light power monitoring circuit; and a control means, comprising: means for controlling an excitation light source so that an output of the light receiving circuit has a predetermined excitation light power.
【請求項3】 請求項1に記載の光増幅器において、 監視手段は、 希土類を添加した光ファイバに入力される波長多重信号
光の一部を分岐する分岐手段と、前記光ファイバの利得
−波長特性に反比例した損失特性を有し、前記分岐手段
で分岐された波長多重信号光に重み付けをする光重み付
け回路と、前記光重み付け回路から出力される波長多重
信号光の全光パワーに比例した電気信号を出力する受光
回路とを含む入力信号光パワー監視回路と、 前記光ファイバから出力される波長多重信号光の一部を
分岐する分岐手段と、 前記分岐手段で分岐された波長多重信号光の全光パワー
に比例した電気信号を出力する受光回路とを含む出力信
号光パワー監視回路とを備え、 制御手段は、前記入力信号光パワー監視回路の出力と前
記出力信号光パワー監視回路の出力の対数差を出力する
対数増幅器と、前記対数増幅器の出力が一定になるよう
に励起光パワーを制御する手段とを備えたことを特徴と
する光増幅器。
3. The optical amplifier according to claim 1, wherein the monitoring means comprises: a branching means for branching a part of the wavelength multiplexed signal light input to the rare-earth-doped optical fiber; and a gain-wavelength of the optical fiber. An optical weighting circuit having a loss characteristic inversely proportional to the characteristic, and weighting the wavelength division multiplexed signal light branched by the branching means; An input signal light power monitoring circuit including a light receiving circuit that outputs a signal, a branching unit that branches a part of the wavelength multiplexed signal light output from the optical fiber, and a wavelength multiplexed signal light branched by the branching unit. An output signal light power monitoring circuit including a light receiving circuit that outputs an electric signal proportional to the total optical power; and control means for controlling the output of the input signal light power monitoring circuit and the output signal light power. A logarithmic amplifier for outputting a logarithmic difference between the output of the monitoring circuit, an optical amplifier output of the logarithmic amplifier is characterized by comprising a means for controlling the excitation light power to be constant.
【請求項4】 請求項1に記載の光増幅器において、 監視手段は、 希土類を添加した光ファイバに入力される波長多重信号
光の一部を分岐する分岐手段と、前記分岐手段で分岐さ
れた波長多重信号光の全光パワーに比例した電気信号を
出力する受光回路とを含む入力信号光パワー監視回路
と、 前記光ファイバから出力される波長多重信号光の一部を
分岐する分岐手段と、前記光ファイバの利得−波長特性
に反比例した損失特性を有し、前記分岐手段の前後のい
ずれか一方で波長多重信号光に重み付けをする光重み付
け回路と、前記光重み付け回路から出力される波長多重
信号光の全光パワーに比例した電気信号を出力する受光
回路とを含む出力信号光パワー監視回路とを備え、 制御手段は、前記入力信号光パワー監視回路の出力と前
記出力信号光パワー監視回路の出力の対数差を出力する
対数増幅器と、前記対数増幅器の出力が一定になるよう
に励起光パワーを制御する手段とを備えたことを特徴と
する光増幅器。
4. The optical amplifier according to claim 1, wherein the monitoring unit is a branching unit that branches a part of the wavelength multiplexed signal light input to the rare-earth-doped optical fiber, and the branching unit branches the branching unit. An input signal light power monitoring circuit including a light receiving circuit that outputs an electric signal proportional to the total optical power of the wavelength multiplexed signal light, and a branching unit that branches a part of the wavelength multiplexed signal light output from the optical fiber, An optical weighting circuit that has a loss characteristic inversely proportional to the gain-wavelength characteristic of the optical fiber and weights the wavelength multiplexed signal light either before or after the branching unit; and a wavelength multiplexing circuit output from the optical weighting circuit. An output signal light power monitoring circuit including a light receiving circuit that outputs an electric signal proportional to the total optical power of the signal light, wherein the control means includes an output of the input signal light power monitoring circuit and the output. A logarithmic amplifier for outputting a logarithmic difference between the output of the issue optical power monitoring circuit, an optical amplifier output of the logarithmic amplifier is characterized by comprising a means for controlling the excitation light power to be constant.
【請求項5】 請求項2ないし請求項4のいずれかに記
載の光増幅器において、 希土類を添加した光ファイバの出力段に光可変減衰器を
接続し、入力信号光パワー監視回路の出力に対して、あ
らかじめ設定された減衰量になるように前記光可変減衰
器を制御する手段を備えたことを特徴とする光増幅器。
5. The optical amplifier according to claim 2, wherein an optical variable attenuator is connected to an output stage of the rare-earth-doped optical fiber, and an output of the input signal optical power monitoring circuit is provided. An optical amplifier comprising means for controlling the variable optical attenuator so that the attenuation becomes a preset attenuation amount.
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